DE102005050862B3 - Method for controlling an engine-independent heater, control device for a motor-independent heater, heater and heating system - Google Patents
Method for controlling an engine-independent heater, control device for a motor-independent heater, heater and heating system Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung (12) für ein motorunabhängiges Heizgerät (3), das einen flüssigen Wärmeträger eines Wärmeträgerkreislaufs (1) insbesondere für Kraftfahrzeuge erwärmt, wobei die Steuereinrichtung (12) eine Heizleistung des Heizgeräts (3) verringert, wenn ein aktueller Temperaturgradient ((dT/dt)Ist) des Wärmeträgers gleich oder größer als ein Temperaturgradienten-Schwellenwert ((dT/dt)Schwell) ist. Dabei ermittelt die Steuereinrichtung (12) den Temperaturgradienten-Schwellenwert ((dT/dt)Schwell) dynamisch in Abhängigkeit eines Temperaturunterschieds (Δθ) zwischen einer zu erreichenden Zieltemperatur (θSoll) des Wärmeträgers und einer aktuellen Wärmeträgertemperatur (θIst). Des Weiteren betrifft die Erfidnung ein Heizgerät (3), ein Heizsystem (1) und ein Verfahren zum Steuern des erfindungsgemäßen Heizgeräts (3).The invention relates to a control device (12) for an engine-independent heating device (3), which heats a liquid heat carrier of a heat carrier circuit (1), in particular for motor vehicles, wherein the control device (12) reduces a heating power of the heater (3) if a current temperature gradient ( (dT / dt)) of the heat carrier is equal to or greater than a temperature gradient threshold ((dT / dt) threshold). Here, the control means (12) between a to-reach target temperature determines the temperature gradient threshold value ((dT / dt) threshold) dynamically as a function of a temperature difference (Δθ) (θ Soll) of the heat carrier and an actual heat transfer medium temperature (θ actual). Furthermore, the invention relates to a heater (3), a heating system (1) and a method for controlling the heater (3) according to the invention.
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Steuern eines motorunabhängigen Heizgeräts, das einen flüssigen Wärmeträger eines Wärmeträgerkreislaufs insbesondere für Kraftfahrzeuge erwärmt.The The invention relates to methods of controlling an engine-independent heater that a liquid Heat transfer medium one Heat transfer circuit in particular for motor vehicles heated.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät, ein Heizgerät und ein Heizsystem.Farther The invention relates to a control device, a heater and a Heating system.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Maßnahmen bekannt, um eine Überhitzungsgefahr eines in einem Wärmeträgerkreislauf eingebundenen Heizgerätes frühzeitig zu erkennen. Der drohende Überhitzungszustand soll dabei deutlich vor dem Eintreten des tatsächlichen Überhitzungszustands erkannt werden, so dass Gegenmaßnahmen ergriffen werden können, bevor Schäden am Heizgerät oder dem Wärmeträgerkreislauf entstehen.Out The prior art measures are already known to overheating a in a heat transfer circuit integrated heater early to recognize. The threatening state of overheating should be recognized clearly before the occurrence of the actual overheating state so that countermeasures can be taken before damage on the heater or the heat transfer circuit arise.
Aus
der
Da demgemäß die Schwellenwerte des Temperaturgradienten festen Temperaturwerten des Wärmeträgers zugeordnet sind, muss diese Zuordnung abhängig von den Eigenschaften, wie beispielsweise thermodynamischen Eigenschaften, des Wärmeträgersystems vorab festgelegt werden. Nach einer Änderung des Wärmeträgersystems, beispielsweise nach Verwendung eines anderen Wärmeträgers, ist die Steuerung des Heizgeräts nur noch bedingt einsetzbar und nicht mehr an das veränderte System angepasst.There accordingly the thresholds associated with the temperature gradient fixed temperature values of the heat carrier are, this assignment must be dependent from properties such as thermodynamic properties, the heat transfer system be determined in advance. After a change of the heat transfer system, For example, after using another heat carrier, the control of the heater only conditionally applicable and no longer to the changed system customized.
Ein
weiteres Verfahren zum Betreiben eines Heizgrätes, bei dem Schwellenwerte
berücksichtigt werden,
ist aus der
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die gattungsgemäßen Komponenten und das gattungsgemäße Verfahren derart weiterzubilden, dass eine flexiblere Steuerung des Heizgeräts möglich wird, die einen möglichen Überhitzungsfall noch frühzeitiger und differenzierter erkennt.It is therefore the object of the present invention, the generic components and the generic method in such a way that a more flexible control of the heater is possible, the one possible overheating case yet early and differentiated recognizes.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.These The object is solved by the features of the independent claims.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.advantageous Refinements and developments of the invention will become apparent the dependent Claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass der Temperaturgradienten-Schwellenwert dynamisch in Abhängigkeit eines Temperaturunterschieds zwischen einer zu erreichenden Zieltemperatur des Wärmeträgers und einer aktuellen Wärmeträgertemperatur ermittelt wird. Dadurch, dass der Temperaturgradienten-Schwellenwert dynamisch, d.h. in immer wiederkehrender Wiederholung, ermittelt wird, liegt permanent der exakte Temperaturgradienten-Schwellenwert vor, bei dessen Überschreitung ein Überhitzungszustand des Wärmeträgersystems oder einer Komponente daraus entstehen könnte. Da darüber hinaus der Temperaturgradienten-Schwellenwert in Abhängigkeit des Temperaturunterschieds zwischen Ist- und Solltemperatur ermittelt wird, ist die Steuereinrichtung auch für die Steuerung eines Heizgerätes geeignet, bei dem die Zieltemperatur des Wärmeträgers variiert. Diese Zieltemperatur des Wärmeträgers kann beispielsweise vom verwendeten Wärmeträger abhängen, so dass generell eine niedrigere maximale Zieltemperatur zulässig ist, wenn ein Wärmeträger verwendet wird, bei dem der Überhitzungszustand bei einer vergleichsweise niedrigeren Temperatur eintritt. Darüber hinaus wäre denkbar, dass der Wärmeträger während verschiedener Betriebsphasen auf verschiedenen Temperaturniveaus betrieben werden soll. Die Erkennung drohendem Überhitzungszustands kann auf der Grundlage der Erfindung bei verschiedenen Zieltemperaturen in zuverlässiger Weise erfolgen. Durch die erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann ein möglicher Überhitzungszustand des Wärmeträgersystems oder einer Komponente davon somit wesentlich differenzierter und frühzeitiger erkannt werden.The inventive method builds on the generic state The technique is characterized in that the temperature gradient threshold dynamic dependent on a temperature difference between a target temperature to be reached of the heat carrier and a current heat carrier temperature is determined. By doing that, the temperature gradient threshold dynamic, i. in recurrent repetition, determined is, the exact temperature gradient threshold is permanently located before, when exceeded an overheating condition the heat transfer system or a component could arise from it. Because beyond that the temperature gradient threshold as a function of the temperature difference between the actual and set temperature is determined, the control device also for the control of a heater suitable, in which the target temperature of the heat carrier varies. This target temperature of the heat carrier can For example, depend on the heat transfer medium used, so that generally a lower maximum target temperature is allowed, if a heat transfer medium is used in which the overheating state occurs at a relatively lower temperature. In addition, it would be conceivable that the heat transfer medium during various Operating phases are operated at different temperature levels should. The detection of impending overheating condition can be based on the invention at different target temperatures in more reliable Done way. By the control device according to the invention can possible overheating condition the heat transfer system or a component thereof thus much differentiated and early be recognized.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafterweise dadurch weitergebildet sein, dass bei der Ermittlung des Temperaturgradienten-Schwellenwertes zusätzlich eine Umgebungstemperatur berücksichtigt wird. Dadurch wird bei der Erkennung eines drohenden Überhitzungszustandes auch berücksichtigt, in welcher Umgebung das erfindungsgemäße Heizgerät bzw. das erfindungsgemäße Heizsystem eingesetzt wird, auch im Hinblick auf den Einsatz eines Kraftfahrzeugs in verschiedenen Klimaregionen. Wenn beispielsweise die Umgebungstemperatur relativ niedrig ist, deutet ein hoher Temperaturgradient weniger auf einen Überhitzungsfall hin als bei einer Umgebung mit relativ hoher Temperatur. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung gemäß dieser Weiterbildung berücksichtigt diesen Umstand.The method according to the invention can advantageously be further developed by additionally taking into account an ambient temperature when determining the temperature gradient threshold value. This also takes into account in the detection of an impending overheating state in which environment the heater according to the invention or the inventive ße heating system is used, also with regard to the use of a motor vehicle in different climatic regions. For example, when the ambient temperature is relatively low, a high temperature gradient indicates less of an overheat condition than a relatively high temperature environment. The control device according to the invention according to this development takes this fact into account.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiterhin vorgesehen, dass der Temperaturgradienten-Schwellenwert ermittelt wird, indem dieser berechnet. Durch die dynamische, d.h. ständig wiederholte, Berechnung des Temperaturgradienten-Schwellenwerts ist das Optimum der Bestimmung des Temperaturgradienten-Schwellenwerts erreicht. Alternativ könnte die Steuereinrichtung den Temperaturgradienten-Schwellenwert ermitteln, indem sie diesen aus einer Tabelle liest. Hierbei hängt die Genauigkeit der Bestimmung eines Überhitzungszustandes davon ab mit welchen Intervallen der Temperaturgradienten-Schwellenwert in der Tabelle abgelegt ist. Die Berechnung hat den Vorteil, dass vorab keine Speicher konsumierenden Tabellen bereitgestellt werden müssen, sondern der Temperaturgradienten-Schwellenwert zeitnah während des Betriebs der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung ermittelt wird.at a preferred embodiment the method according to the invention is further provided that the temperature gradient threshold is determined by this calculated. Due to the dynamic, i. constantly repeated, calculation of the temperature gradient threshold is the optimum of the determination reaches the temperature gradient threshold. Alternatively, the control device could determine the temperature gradient threshold by using this reads from a spreadsheet. The accuracy of the determination depends on this an overheating condition from which intervals the temperature gradient threshold is stored in the table. The calculation has the advantage that no memory consuming tables are provided in advance have to, but the temperature gradient threshold promptly during the Operation of the control device according to the invention is determined.
Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren derart weitergebildet werden, dass der Temperaturgradienten-Schwellenwert anhand der Gleichung ermittelt wird, in der c1, c2 und c3 vorab ermittelte Koeffizienten sind. Die Umgebungstemperatur wird hier nicht unbedingt in die Ermittlung des Temperaturgradienten-Schwellenwerts einbezogen. Es ist beispielsweise denkbar, dass die Koeffizienten durch Versuche vorab ermittelt und in der Steuereinrichtung abgelegt werden. Außerdem können Berechnungen abhängig von ausgewählten Wärmeträgersystemkomponenten, dem ausgewählten Wärmeträger u.Ä. die Grundlage für die vorab ermittelten Koeffizienten sein.Furthermore, the method according to the invention can be developed in such a way that the temperature gradient threshold value is calculated using the equation is determined, in which c 1 , c 2 and c 3 are previously determined coefficients. Ambient temperature is not necessarily included in the determination of the temperature gradient threshold. It is conceivable, for example, that the coefficients are determined in advance by tests and stored in the control device. In addition, calculations may depend on selected heat transfer system components, the selected heat transfer medium, and the like. be the basis for the pre-determined coefficients.
Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren so weitergebildet werden, dass die Steuereinrichtung den Temperaturgradienten-Schwellenwert anhand der Gleichung ermittelt, in der c1 und c2 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur ermittelte Koeffizienten sind und c3 ein vorab ermittelter Koeffizient ist.Alternatively, the method according to the invention can be developed in such a way that the control device determines the temperature gradient threshold value on the basis of the equation in which c 1 and c 2 are coefficients determined as a function of the ambient temperature and c 3 is a previously determined coefficient.
Durch diese Formeln ist eine konkrete Bestimmungsweise zum Ermitteln des Temperaturgradienten-Schwellenwerts gegeben.By these formulas is a concrete way of determining the Given the temperature gradient threshold.
Das erfindungsgemäße Steuergerät Heizgerät und Heizsystem bauen auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass die Steuereinrichtung den Temperaturgradienten-Schwellenwert dynamisch in Abhängigkeit eines Temperaturunterschieds zwischen einer zu erreichenden Zieltemperatur des Wärmeträgers und einer aktuellen Wärmeträgertemperatur ermittelt. Dadurch ergeben sich im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile und Eigenschaften in gleicher oder ähnlicher Weise.The Control unit heater and heating system according to the invention build on the generic state The technique is characterized in that the control means the temperature gradient threshold dynamic dependent on a temperature difference between a target temperature to be reached of the heat carrier and a current heat carrier temperature determined. This results in connection with the method according to the invention explained Advantages and properties in the same or similar way.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft erläutert.A preferred embodiment The invention will be explained by way of example with reference to the figures.
Es zeigen:It demonstrate:
In
Das
Heizgerät
Der
Ausgang des Temperatursensors
Über den
Temperatursensor
Dieser
ermittelte aktuelle Temperaturgradient ((dT/dt)Ist)
des Wärmeträgers wird
in immer wiederkehrenden Wiederholungen mit einem Temperaturgradienten-Schwellenwert
((dT/dt)schwell) verglichen. Sobald der
aktuelle Temperaturgradient ((dT/dt)Ist)
den Temperaturgradienten-Schwellenwert ((dT/dt)schwell)
erreicht oder übersteigt,
deutet dies frühzeitig
auf die Gefahr eines entstehenden Überhitzungszustands hin, und
die Heizleistung des Heizgeräts
Ein
solcher Überhitzungszustand
kann durch eine trockene Überhitzung,
d.h. fehlendes Kühlmittel im
Wärmeträger des
Heizgeräts
Für den vorstehend beschriebenen Vergleich des aktuellen Temperaturgradienten ((dT/dt)Ist) des Wärmeträgers mit einem Temperaturgradienten-Schwellenwert ((dT/dt)Schwell), wird der Temperaturgradienten-Schwellenwert ((dT/dt)Schwell) dynamisch, d.h. in immer wiederkehrenden Wiederholungen, neu berechnet.For the above-described comparison of the actual temperature gradient ((dT / dt)) of the heat carrier with a temperature gradient threshold ((dT / dt) threshold), is dynamically the temperature gradient threshold value ((dT / dt) threshold), that is always recurring repetitions, recalculated.
Hierzu
wird zunächst
der Temperaturunterschied (Δϑ)
zwischen der zu erreichenden Zieltemperatur (ϑSoll)
des Wärmeträgers und
der aktuellen Temperatur (ϑIst)
des Wärmeträgers nach
folgender Gleichung berechnet:
Anschließend wird der Temperaturgradienten-Schwellenwert ((dT/dt)Schwell) abhängig von diesem errechneten Temperaturunterschied (Δϑ) und abhängig von der Umgebungstemperatur (Tamb) nach folgender Gleichung errechnet: Subsequently, the temperature gradient threshold value ((dT / dt) threshold) is dependent on this calculated temperature difference (Δθ) and dependent on the ambient temperature (T amb) is calculated according to the following equation:
Dabei sind c1 und c2 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur (Tamb) zu ermittelnde Koeffizienten. Hierfür wird die Umgebungstemperatur (Tamb) von einem nicht dargestellten Umgebungstemperatursensor erfasst und an die Steuereinheit ausgegeben, welche daraufhin in bestimmten Intervallen die Koeffizienten c1 und c2 neu berechnet. Δt stellt ein beliebiges Zeitintervall dar, das Idealerweise die physikalische Einheit des erfassten Temperaturgradienten und den Wert 1 besitzt.In this case, c 1 and c 2 are coefficients to be determined as a function of the ambient temperature (T amb ). For this purpose, the ambient temperature (T amb ) is detected by an ambient temperature sensor, not shown, and output to the control unit, which then recalculates the coefficients c 1 and c 2 at certain intervals. Δt represents an arbitrary time interval which ideally has the physical unit of the detected temperature gradient and the value 1.
c3 ist ein zu bestimmender Koeffizient der nicht von der Umgebungstemperatur (Tamb) abhängt. Beispielsweise kann der Koeffizient c3 vorab anhand von Versuchen oder Simulationen bestimmt werden.c 3 is a coefficient to be determined which does not depend on the ambient temperature (T amb ). For example, the coefficient c 3 can be determined beforehand by means of tests or simulations.
Alternativ ist auch eine von der Umgebungstemperatur (Tamb) unabhängige Berechnung denkbar. In diesem Fall wären die Koeffizienten c1 und c2 aber nicht zwangsweise Null. Die Koeffizienten c1 und c2 können in einem solchen Fall beispielsweise ebenso anhand von Versuchen oder Simulationen bestimmt werden.Alternatively, an independent of the ambient temperature (T amb ) calculation is conceivable. In this case, however, the coefficients c 1 and c 2 would not necessarily be zero. The coefficients c 1 and c 2 can also be determined in such a case, for example, based on experiments or simulations become.
Die
Berechnung des Temperaturgradienten-Schwellenwerts ((dT/dt)Schwell) anhand der vorstehenden Gleichung
wird qualitativ in
In
der Erläuterung
der bevorzugten Ausführungsform
wurde ein brennstoffbetriebenes Heizgerät
Des
Weitern muss der Temperatursensor
In
der vorangegangenen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ist beabsichtigt, dass der
Begriff "Steuern" auch ein "Regeln" abdecken soll. So
soll beispielsweise die Be schreibung der Ansteuerung des Heizgerätes
- 11
- WärmeträgerkreislaufHeat transfer circuit
- 22
- Umwälzpumpecirculating pump
- 33
- Heizgerätheater
- 44
- Wärmetauscherheat exchangers
- 55
- FahrzeugheizungsgebläseCar heater fan
- 66
- FahrzeuginnenraumVehicle interior
- 77
- Einlass des Heizgerätsinlet of the heater
- 88th
- Auslass des Heizgerätsoutlet of the heater
- 99
- Dosierpumpemetering
- 1010
- BrennluftgebläseCombustion air fan
- 1111
- Temperatursensortemperature sensor
- 1212
- Steuereinrichtungcontrol device
Claims (8)
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